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煤矸石山爆炸机理及防治对策研究

作　者: 潘荣锟
导　师: 余明高
学　校: 河南理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 煤矸石矸石山爆炸自燃爆炸机理防治对策
分类号: X752
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

煤矸石是指在煤矿建设、煤炭开采及加工过程排放出的一种含碳量低、灰分高的固态废弃物。近年来,因煤矸石山自燃而引发的重大灾害性事故日趋增多,频发的煤矸石山坍塌、爆炸事故,已酿成的人员伤亡和造成的重大经济损失,给煤炭企业的发展带来了消极的影响。煤矸石山爆炸,是一个极其复杂的物理化学过程,它从常温状态转变到自燃爆炸状态,受多种因素影响和制约。本文通过自行设计自燃煤矸石山爆炸实验台,利用外部热源诱发矸石自燃,并使之与水作用,结合现代测试仪器和分析技术,观测矸石山的自燃爆炸过程及与水作用前后各气体成分的变化规律,分析引起自燃煤矸石发生爆炸的内在原因。同时结合热力学理论,从理论上分析自燃煤矸石烟气成分对爆炸的影响及其引发爆炸的物理化学过程。根据实验结果,并结合比内能、牛顿定律和状态方程等,推导矸石山爆炸的动力及与抛射量之间的关系,最终形成较为完善的煤矸石山爆炸理论体系。依据研究结果,提出了煤矸石山自燃爆炸的防治对策,进而达到防止因矸石山爆炸而造成的人员伤亡和经济损失的目的,促进了煤炭企业的持续快速健康发展。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 引言  8
  1.2 煤矸石的社会及环境问题  8-10
  1.3 国内外煤矸石山爆炸机理研究现状  10-11
  1.4 论文研究的目的和意义  11-12
  1.5 主要研究工作及技术路线  12-14
    1.5.1 主要研究工作  12-13
    1.5.2 研究技术路线  13-14
2 煤矸石山爆炸机理实验研究  14-41
  2.1 实验所用煤矸石的特性分析  14-17
    2.1.1 煤矸石实验样品的采集及主要物性分析  14-15
    2.1.2 煤矸石微观结构的红外光谱分析  15-17
  2.2 自燃煤矸石与水作用爆炸实验台的建立  17-20
    2.2.1 实验过程和测试系统  17-18
    2.2.2 煤矸石堆放参数  18-19
    2.2.3 煤矸石堆喷水参数确定  19
    2.2.4 高温煤矸石与水作用模拟实验台  19-20
  2.3 自燃煤矸石与水作用前后气体成分分析  20-24
    2.3.1 煤矸石燃烧气体成分及浓度测定  20-21
    2.3.2 煤矸石山燃烧烟气成分的实验测定结果及分析  21-24
  2.4 自燃煤矸石与水作用热力学机理研究  24-40
    2.4.1 煤矸石中含水分分析  24-25
    2.4.2 高温煤矸石与水作用的物理分析  25-27
    2.4.3 煤矸石中黄铁矿氧化的热力学分析  27
    2.4.4 煤矸石中混煤氧化的热力学分析  27-29
    2.4.5 煤矸石燃烧烟气成分的热力学计算  29-31
    2.4.6 温度对煤矸石燃烧烟气组成的影响  31-34
    2.4.7 压力比对煤矸石燃烧烟气组成的影响  34-36
    2.4.8 水蒸汽-空气的摩尔比对煤矸石燃烧烟气组成的影响  36-40
  2.5 本章小结  40-41
3 煤矸石山自燃爆炸过程及动力学特性研究  41-60
  3.1 煤矸石山自燃气体成分的链反应理论分析  41-46
    3.1.1 煤矸石山爆炸的链式反应机理  41-42
    3.1.2 氢气爆炸的链分支反应  42-43
    3.1.3 甲烷爆炸的链分支反应  43-44
    3.1.4 一氧化碳爆炸的链分支反应  44
    3.1.5 水煤气-空气混合气体爆炸的链分支反应  44-46
  3.2 温度场数学模型的建立及计算结果分析  46-50
  3.3 煤矸石山自燃爆炸过程特性研究  50-58
    3.3.1 煤矸石山爆炸影响因素分析  50
    3.3.2 煤矸石山内部压力分析  50-51
    3.3.3 煤矸石山爆炸抛射过程分析  51-53
    3.3.4 煤矸石山爆炸动力研究  53-57
    3.3.5 爆炸动力与抛射量关系分析  57-58
  3.4 本章小结  58-60
4 煤矸石山自燃爆炸的防治技术  60-64
  4.1 防治煤矸石山自燃爆炸的意义  60-61
  4.2 防治煤矸石山自燃爆炸的技术  61-64
    4.2.1 预防煤矸石山自燃  61-62
    4.2.2 预防矸石山自燃所遵循的原则  62
    4.2.3 预防矸石山失稳滑坡  62-64
5 结论与建议  64-67
  5.1 结论  64-65
  5.2 创新点  65-66
  5.3 进一步研究建议  66-67
参考文献  67-70
附录Ⅰ煤矸石山爆炸热力学计算烟气成分数据表  70-72
附录Ⅱ研究生在读期间公开发表的学术论文及科研成果一览表  72-73
致谢  73-74
详细摘要  74-76

煤矸石山爆炸机理及防治对策研究

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